点焊工艺参数与质量的智能化管控探索

王春喜　姜旭东　孟乐　李瑞方

摘 要：点焊，是指焊接时利用柱状电极，在两块搭接工件接触面之间形成焊点的焊接方法。它是电阻焊的一种，主要用于薄板结构及钢筋等的焊接。本方案能够实现点焊工艺参数从研发端到设备端的在线管控和点焊质量的预测，以降低人力物力耗费较大的问题，同时提高焊接质量并降低成本。本文介绍了点焊工艺参数与质量的智能化管控思路、系统架构、工艺控制流程、主要功能等。

关键词：点焊 工艺参数 焊接质量 智能化

1 引言

焊接工艺作为汽车行业四大工艺之一，肩负着车身成型、为整车提供支撑框架的重要使命，既要保证外观造型，还须保证总装零部件安装点的精度，在一定程度上决定了车辆的被动安全性能。电阻点焊是白车身制造过程中的主要连接工艺方式，尤其以钢材料为主的白车身，在主机厂内的电阻点焊的数量一般3000左右个焊点，所以电阻点焊质量的稳定性，直接决定白车身的连接质量水平。近些年，随着法规及终端客户对车身防腐性能及安全性能日益严格的要求，镀锌钢板及高强度钢板、热成型钢板、高性能结构胶广泛应用于车身结构，材料的多样性及差异性导致焊接性能变差。目前焊接参数及质量管控多以线下管理为主，焊接参数和常规质量检测多以excel表格进行管控；焊接记录也大多未实现一车一档，没有对焊接质量进行在线统计分析及质量预测。如何有效管控焊点参数及质量，成为汽车行业焊接工程师必须直面的课题。

本文针对上述问题， 打通研发端与制造基地，实现了车身焊接参数的自动下发上传；在车间点焊质量管控方面，实现了超声波、破坏性、凿检等常规检查的在线管控；另外通过实时采集焊接记录不仅实现了一车一档功能，还通过焊接质量预测提高了质检人员发现问题的效率，使得质检更加具有针对性。

2 思路综述

要想实现点焊工艺参数的整体管控，需要打通研发端和基地设备端，实现焊接参数能够自动下发到基地侧，同时基地侧焊接设备参数也能够自动上传到研发端，便于整体的参数管控。

要想实现焊接质量的智能化管控，需要实现车身焊接记录的自动采集、存储和分析。目前电阻点焊工艺都安装有群控软件对焊机进行整体管控，同时它也可采集焊机焊接过程数据，一般工艺人员要想查看焊接数据需要到群控软件上进行查看，但目前大多焊接数据还未与车身号进行绑定，因此首要工作是实现焊接数据与车身号绑定，实现一车一档，然后对群控焊接记录进行自动采集、存储和分析。

要想实现焊接质量的智能化管控，需要实现超声波、刨检及凿检等常规点焊质检数据的实时采集、存储和分析。对于超声波等设备质检，可以从设备自动采集质检信息；对于刨检、凿检等人工质检，可以人工在线录入质检结果信息。

要想实现焊接质量的智能化管控，需要将整个管控流程线上化和智能化，实现信息的自动流转和推送。当出现点焊质量等问题时，自动推送到相关人员进行问题整改和解决，提高管理效率。

3 焊接参数的集中管控

一般情况下，焊接工艺参数多通过excel方式进行管理。当研发端有参数变更时，一般多通过邮件方式通知基地，基地再进行相应参数修改，研发端也难以获取基地实际的工艺参数；同时基地工艺参数也经常存在与设备端参数不一致的情况，焊接工程师需要定期到车间进行工艺文件参数与设备端参数的一致性比对。目前存在参数更改随意、维护麻烦等很多问题，焊接参数的集中管控很难得到有效落实。本方案通过打通研发端与基地设备端，实现研发端焊接参数的自动下发和基地设备端焊接参数的自动采集，并与工艺文件进行对比，自动识别工艺参数的变化点，一旦有参数不一致，进行报警推送，提醒焊接工艺人员。点焊工艺参数一致性比对页面如图1所示。这种管理方式，在确保工艺参数一致性得到有效管控的同时，也节省了大量的人工校核工时和沟通成本。另外焊接工艺参数一旦涉及更改，系统自动记录更改时间和更改人员，对具体参数也可以查看更改记录，实现了参数的管控档案。目前焊接参数集中管控主要实现了以下功能：

（1）焊接工艺文件集中管理，包括研发端参数的自动下发、设备端参数的自动采集，研发端参数与工艺文件参数的一致性比对，工艺文件参数与设备端参数的一致性比对，焊接参数的在线修改等功能；

（2）工艺参数不一致实时报警推送；

（3）研发端、工艺文件及设备端參数变更记录及查询；

4 焊接记录的自动采集、存储及分析

要想实现焊接质量的智能化管控，首先需要实现焊接记录的一车一档，将焊接记录与车身号绑定，然后对焊接记录进行自动采集、存储和智能化分析。

4.1 焊接记录与车身号绑定

将车身VIN号、焊点号、焊接数据进行绑定，为焊接质量的智能化管控提供基础。具体实现路径如图2所示。服务器将订单号通过车间网络下发至各线体PLC，PLC收到订单号后将相关车型信息写入起始工位车身RFID电子标签，车型信息随车身RFID电子标签传递至后续焊接工位，车身到达焊接工位后，PLC读取车身RFID电子标签信息，PLC将车身订单号发送至机器人，机器人将订单号绑定焊接程序号后发送至焊接控制器调取相应焊接参数，焊接控制器将当前的焊接数据绑定订单号后上传至群控系统作本地存档。

4.2 焊接记录的自动采集及存储

要想实现焊接群控数据采集，首先需要焊接群控电脑连接到车间网络，并在焊接群控电脑安装数据采集接口软件IOT Connector，该软件可以根据业务数据需求对外提供MQTT传输协议。具体数采方案如图3所示。焊接控制器SST连接到群控电脑Line PC，群控电脑上BOS6000数据库存储焊接工艺参数、焊机报警记录、焊接记录、参数更改记录等数据，其中焊接记录包括车身的每个焊点的焊接电压、电流、能量、UIP和PSF等信息，焊接曲线以.rui文件格式存储；焊接群控数据通过MQTT方式传输到中央服务器进行集中存储。

4.3 焊接记录的统计分析

通过对焊接設备中提取的焊接数据多维度展示分析，可以帮助管理人员及时发现问题，提高管理效率。

（1）车身焊接质量档案

管理人员可以通过VIN号、焊点号等查询具体车身的焊点质量数据，用于质量追溯分析，具体查询界面如图4所示。

（2）焊接质量多维度分析

对焊接质量数据可以从自适应开启率、飞溅率、电压、电流、能量、UIP、PSF等维度进行多维度分析，帮助工艺质量人员及时发现质量和设备问题，比如飞溅率排名、平均UIP排名、自适应开启率排名等。UIR自适应开启率统计页面如图5所示。

（3）焊机报警统计分析

按照故障类别、故障次数等维度进行焊机报警统计分析，重要故障信息进行报警推送。图6所示为焊机故障统计分析。

（4）漏焊统计分析

在焊接记录及一车一档基础上，对车身漏焊焊点进行统计，让工艺质量人员及时识别车身漏焊焊点。

5 超声波、刨检及凿检数据的自动采集、存储及分析

要想实现焊接质量的智能化管控，需要实现超声波、刨检及凿检等常规点焊质检数据的实时采集、存储和分析。对于超声波等设备质检，可以从设备自动采集质检信息；对于刨检、凿检等人工质检，可以人工在线录入质检结果信息。

（1）超声波数据的自动采集、存储及分析

对于点焊焊接质量，我们通常每天采用超声波检测设备进行线下抽检，随着科技的进步，目前超声波设备都已具备联网功能，可以直接采集超声波检测记录并存储到中央服务器，并进行相应统计分析。超声波统计分析页面如图7所示。

（2）破坏性质检数据的自动采集、存储及分析

除了超声波检测，车间还会定期进行破坏性检查，对车身进行破拆后检查每个焊点的质量情况，由于焊点众多，检查人员需要通过PII文件查找焊点号及具体位置，同时对检查结果进行手工记录，影响了检查效率。本方案提供焊点在线查看及检查结果录入界面，界面显示车身数模，检查人员通过点击数模上的检查焊点后，自动显示该焊点信息，并且实现焊接结果的在线录入功能。刨检在线录入页面如图8所示。

（3）线上质检数据的自动采集、存储及分析

和破坏性检查一样，本方案同样可以给线上检查工位提供焊点在线查看及检查结果录入界面，线上检查工位界面会自动以数模方式显示出待检查的焊点，检查人员通过点击数模上的检查焊点后，自动显示该焊点信息，并且实现焊接结果的在线录入功能。线上检查工位录入页面如图9所示。

6 焊接质量预测

传统的焊接质量线上检查工作一般采用循环检测方式，例如A车检测1～10号焊点、B车检测11～20号焊点，以此类推。这种检查方式相对随机，缺乏针对性，将存在缺陷的焊点遗漏的可能性较大，不能起到杜绝质量流出的作用。焊接记录的集中采集和存储为机器学习提供了大量的学习数据，再结合焊点的板材、位置坐标等数据作为输入，超声波、破坏性检查和线上检查结果作为输出，建立焊接质量预测的神经网络模型，得到每个焊点的合格判断标准，在车身到达检查工位后，调取该车身焊接数据，结合每个焊点的合格判断标准，实现可疑焊点实时推送，帮助检查工位人员有针对性地对可疑焊点进行检查。

7 焊接最优参数推荐

焊接参数的调试过程，一般基于调试人员经验，输入初始工艺参数后，通过现场实际工况下不断的调试改进，并结合多轮凿测破检等质量检测手段，最终达到满足质量要求的工艺参数设定，过程需要耗费大量的时间和资源。通过焊接参数数据库的建立，基于大量焊接历史数据（含板材信息/焊接参数/焊接结果等因素），以板材组合和焊接参数数据作为输入，以焊接结果评价值作为输出，选择线性回归算法进行数据训练，可得到基于板材组合和焊接参数数据对焊接结果评价的预测模型，构建得出焊接结果评价值。焊接最优参数推荐逻辑示意图如图10所示。应用焊接结果预测模型，可以逐一求解出不同板材组合条件下每种参数组合对应的焊接结果预测值，从中选取得到最高预测结果值的参数组合，作为该特定板材条件下的最优焊接参数组合，可作为焊接调试项目启动时焊接参数的初始设定值，这样就可以减少大量的调试时间和调试费用。

8 点焊质量管理流程智能化

在上述点焊工艺参数和质量的智能管理和分析基础上，完全可以实现点焊质量管理信息的自动流转和推送，当出现点焊质量等问题时，自动推送到相关人员进行问题整改和解决，提高管理效率。

（1）线上检查工位检查焊点的自动推送

当超声波、刨检检测出有质量问题的焊点时，系统自动推送到线上检查工位；当焊点参数发送变更时，系统自动推送焊点到检查工位；同时系统也会将质量预测的可疑焊点推送到检查工位。

（2）质量问题整改的自动推送

当超声波、刨检、线检发现焊点质量问题时，系统自动生成问题整改工单进行问题闭环管理。

9 总结

点焊工艺参数与质量的智能化管控项目实施表明：通过打通研发端和基地设备端，实现焊接参数能够自动下发到基地侧，同时基地侧焊接设备参数也能够自动上传到研发端，便于整体的参数管控；通过焊接质量的智能管控，实现了点焊质量和管理效率的提升。

参考文献：

[1]吴晶波.车身电阻点焊质量控制.吉林冶金，2009，（006）-47～58.

[2]赵立新.如何保证点焊质量.望江科技，1989，000（003）-10～13.